JP3840451B2

JP3840451B2 - 基板組立装置および基板組立方法

Info

Publication number: JP3840451B2
Application number: JP2002366016A
Authority: JP
Inventors: 聡八幡; 明平井; 孝夫村山
Original assignee: 株式会社日立インダストリイズ
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP2004198668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板貼合装置に係り、特に、減圧チャンバ内で貼り合わせる基板同士をそれぞれ保持して対向し、間隔を狭めて貼り合せる液晶表示パネルなどの組立に好適な基板組立装置と基板組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示パネルの製造装置として、特開平１０−２６７６３号公報に記載されたものがある。この公報には、透明電極や薄膜トランジスタアレイを設けた２枚のガラス基板の一方側に液晶をコーティングし、更にスペーサを分散配置した後、他方の基板を上下機構を有するピンで上に載せ、その基板を装置左右方向に設けた位置決めピンで位置合わせをした後、チャンバ内を真空にして基板を重ねた後、再度位置合わせを行った後に、チャンバ内圧力を大気圧側に戻すことで貼り合せを行うようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２６７６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の構成では、下側基板を支持する基板保持テーブルが真空チャンバに略一体に設けられている。ところで、真空チャンバ内を真空状態としたときに、真空チャンバ内と、真空チャンバ外との圧力差に差により真空チャンバ自体が変形する。基板を支持する基板保持テーブルが真空チャンバに略一体に設けれていると真空チャンバの変形が基板保持テーブルに伝達され、基板保持テーブル自体が変形して、その上に密着して搭載された基板自体も変形し、基板の位置決め等に悪影響を及ぼす等の問題がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、基板保持テーブルを真空チャンバの本体に一体に設けた場合でも、真空チャンバ内を減圧したときに、基板保持テーブルが変形しない構成の真空チャンバとし、高精度貼り合わせを実現した基板組立装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、上チャンバと、下チャンバとを合体して真空チャンバを形成し、一方の基板を保持する加圧板を上チャンバとは独立して上下に可動するように上チャンバ内に設け、他方の基板を保持する基板保持テーブルを下チャンバ内に固定し、下チャンバをチャンバの外側に設けた駆動機構により水平方向に移動して一方の基板に対して他方の基板を位置決めする構成であって、下チャンバの下側テーブルの領域に真空室を設けるか、または下チャンバと下側テーブルの間に真空室を形成するように真空シールで接合し、真空室を減圧する排気管と、排気管に調圧弁を設けた構成とした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の基板貼り合せ装置の一実施形態の基板組立装置を図面を用いて説明する。
【０００８】
図１において、基板組立て装置は、下チャンバＴ１部と上チャンバＴ２部から構成されている。上チャンバＴ２部には、上側テーブル（加圧板）２が、上チャンバＴ２を貫通する支持脚３および複数の補助支持脚４により上下方向に移動可能に備えられている。支持脚３はＯリング５により、また補助支持脚４は弾性体で形成されたベローズ６により上チャンバＴ２内部が大気に連通しないように遮断している。上側テーブル２の支持脚３および補助支持脚４は加圧ベース板７に固定されている。前述の様に上側テーブルは上チャンバＴ２に対してＯリング５やベローズ６により上チャンバＴ２に対して弾性体を介して支持する構成となっており、上チャンバＴ２の変形の影響を直接受けないようになっている。
【０００９】
さらに、この加圧ベース板７の中央部が中間ベース板８に固定されている。中間ベース板８は天井フレーム９に取り付けられた駆動モータ１０と減速機１１、およびボールネジ１２等から構成される駆動機構を動作させることにより、ボールスプラインガイド１３をガイドとして上下に移動可能に構成されている。また、架台１上にボールスプラインガイド１３とは別に設けた支持柱により天井フレーム９が支持さている。駆動モータ１０とボールネジ１２等からなる上下調整機構を駆動して、加圧ベース板７に力を作用させることで、支持脚３および補助支持脚４により上側テーブル２を平坦度を保持しながら上下に移動することができる。なお補助支持脚４毎に駆動機構を設けて上テーブルに加わる力を調整しながら加圧することで、さらに高精度に基板の貼り合わせを行うことができる。
【００１０】
上チャンバＴ２は、天井フレーム９に設けた駆動機構１４で上チャンバＴ２の外壁に固定した移動脚１５を上下させることで、下チャンバＴ１との分離、結合を行えるように構成してある。上チャンバＴ２と下チャンバＴ１を分離することで、チャンバ内の装置のメンテナンスおよび清掃を簡単に行うことができる。
【００１１】
また、チャンバ内に基板の搬入・搬出を行なうためのドアバルブ１６が上チャンバＴ２の側方外壁側に設置されている。なお、図していないが、上チャンバＴ２の上面外壁には、複数個のブッシュ構造のサブガイドがチャンバ内にセンタ軸を突出して設けてある。このセンタ軸は、上側テーブル２の外周に設けた突出部に設けた穴に契合して上側テーブル２の水平方向の剛性を向上させることが出来る。すなわち、加圧時に上側テーブル２が傾いたり、横方向に移動することを防止する。このように、上側テーブル２も水平方向の剛性を向上することで、基板の位置合わせが精度よく行えると共に、基板に加わる加圧力も均一化できる。
【００１２】
上チャンバＴ２には、チャンバ内側に凸形状の窓枠下端に基板マーク観測用の複数の観測窓が設けてある。この観測用の窓枠内にカメラの鏡筒２１を挿入して、基板に設けたマークをカメラにより認識する。カメラの鏡筒２１は、水平方向（Ｘ、Ｙ方向）移動軸および垂直方向（Ｚ方向）の移動軸を備えた移動ステージ上に設置されており、その移動ステージは上チャンバＴ２上に固定してある。さらに、上側テーブル２には、基板マーク認識用の穴が、上記観測窓と対応する位置に設けてある。
【００１３】
本実施形態ではカメラを上チャンバＴ２の外に配置する構成としたが、このカメラを上側テーブル２に直接取付けた構成とすることで、観測窓が不用に成りチャンバ内の気密性を向上できる他、カメラを基板に近づけて配置でき、カメラによるマーク認識精度を向上が向上し、基板間の位置合わせ精度を向上できる。
【００１４】
さらに、基板への加圧力を測定するために、支持脚３の中間ベースとボールネジの間にロードセル２２を設けてある。もし、上テーブル２の平坦度を調整する際に、各補助支持脚４に駆動機構を設けた場合は、モータが過負荷とならないようにモニタするために、加圧ベース板上の各補助支持脚毎にロードセルをそれぞれ設けても良い。
【００１５】
下側チャンバＴ１内には下側テーブル２４が固定されている。この下側テーブル２４は、全面を下チャンバに接合固定すると、減圧時に下チャンバＴ１が変形した場合に、その変形がそのまま下側テーブルに伝達され平坦度がずれる恐れがある。そのため、下チャンバＴ１が減圧により変形しないように、下チャンバＴ１の下側テーブル２４設置領域に真空室となる空洞部４６を設けている。すなわち、チャンバ内を減圧する時に、この空洞部４６も同時に減圧することで、下側チャンバＴ１の下側テーブル２４設置領域の変形を防止できる。
【００１６】
なお、図２に示すように、空洞部４６の体積はチャンバ内部の体積に比べて小さい。このために、チャンバ内の減圧速度と空洞部４６の減圧速度を同じにすることで下側テーブルの変形を防止する。すなわち、チャンバ内の減圧力Ｐ１と空洞部の減圧力Ｐ２とが略等しくなるように空洞部４６側の排気管４７に調整弁４８を設けて減圧力をバランスさせている（空洞部の単位時間当たりの排気流量と、真空チャンバ内の単位時間当たりの排気流量を変えてバランスさせる）。なお、減圧力をバランスさせるために、チャンバ内を減圧する真空ポンプと、空洞部を減圧する真空ポンプを別々に設け、それぞれの排気容量等を制御する構成としても良い。
【００１７】
また、図１において、下チャンバＴ１の全周には、後述するシールリング２５を配置し、上チャンバＴ２がシールリング２５接触し、且つドアバルブ１６が閉じた状態では内部が機密となり減圧室が構成されるようになっている。
【００１８】
下チャンバＴ１は、モータ２６と図示していないボールネジおよび、回転ベアリング２７により回転駆動するように構成したθベーステーブル２８の上に設置してある。θベーステーブル２８と下チャンバＴ１の締結には、箱型部材介在させて所定のスペースを確保できるようにしてある。このスペースは下チャンバＴ１の下側に基板昇降機構を兼用したＵＶ照射機構４０が設けてある。
【００１９】
θベーステーブル２８はＹテーブル３２上に回転ベアリング２７を介して取付けてある。また、Ｙテーブル３２はＸテーブル３３に設けたリニアレール上をモータ２９により移動できるように設置されている。さらにＸテーブル３３は架台１側に設けたリニアレール上をモータ３０を駆動することで移動できるように設けてある。このように、下側テーブルを固定した下側チャンバの駆動機構は、下側チャンバの外側に配置され、下側チャンバを移動することで下側テブール上の基板の位置決めをすることができるようにしてある。このため、チャンバ内の気密性を保持できるとともに、駆動機構を外部配置としたため、駆動機構が動作することで発生する塵埃の影響を基板が受けず精度の良い貼り合せを行うことができる。
【００２０】
また、上チャンバＴ２が下チャンバＴ１のシールリング２５に接触して減圧室を構成し、減圧したときに、シールリング２５の潰れ量を一定にするため、θベーステーブル２８の外周部上に複数個の上チャンバ用のボールベア３４と、アジャスト機構つきの受け座３５を設けてある。これらのボールベア３４と受け座３５で上チャンバ部Ｔ２の下降位置を調整している。なお、本実施形態ではシールリング２５の潰れ量は、真空漏れが発生しない最小量に調整しておき、粗位置決めの時に下チャンバが移動しても上チャンバに対して容易にすべる、または弾性変形できるようにしておく。Ｏリングにすべりや弾性変形を発生させたくない場合は、ボールベア３４には上チャンバＴ２を上下に微動させるための微小高さ昇降機構を備えて、粗位置決めの際に上昇させてもよい。
【００２１】
下チャンバＴ１には図示していないが、マーク認識を行なうための複数の透過照明を設け、下側テーブル２４の対応する位置に穴をあけてある。さらに、下チャンバＴ１内には、貼合せた基板がずれないようにＵＶ接着剤を潰して硬化させるために、複数の加圧機能を有するＵＶ照射機構４０を設けてある。また、図示していないが貼り合せた基板を昇降するための複数の基板昇降機構がそれぞれ設けてある。
【００２２】
下側テーブル２４には、ＵＶ照射機構４０が下側テーブル２４内を上下に移動出来るように穴が設けてある。なお、ＵＶ照射機構４０は、基板昇降機構を兼用できるようにしてある。また基板昇降機構が上下に移動できるように、基板支持側に溝（切り欠き部）がそれぞれ設けてある。基板の搬入及び搬出の際に、この基板昇降機構を動作させて基板下面側にロボットハンドが挿入できるようにしている。これらの穴、あるいは溝は、下チャンバＴ１に下側テーブル２４を固定してあるため、最小の余裕代を設けるのみでよい。
【００２３】
さらに、ＵＶ照射機構４０と、基板昇降機構とは、それぞれ下チャンバＴ１を貫通する上下移動機構を持つているが、下チャンバＴ１とこれら上下移動機構部との間にＯリングが設けてあり、これにより気密を保つ構造としている。
【００２４】
減圧状態での上側テーブル２による上側基板の保持機構は、静電チャックにより電気的に保持する機構、あるいは粘着材により物理的に保持する機構のいずれでも良い。静電チャックにより電気的に保持する場合には、印加電圧を切断し、一定の除電時間後に上側テーブル２を上昇することにより、上側テーブル２による保持を中断できる。また、粘着材により保持する場合には、上側基板を機械的に下側の基板に押し付ける複数のピンを設けておき、ピンを下側に押し付けた状態で上側テーブル２のみを上昇することにより上側の基板の保持を中断できる。
【００２５】
他方減圧状態での下側テーブル２４による下側基板の保持機構も同様に、静電チャックにより電気的に保持する方法、あるいは粘着材により物理的に保持する方法のいずれでも良い。上側テーブル２と下側テーブル２４の吸着方法の組み合わせは、上側テーブル２、下側テーブル２４いずれも静電チャックとするか、上側テーブル２、あるいは下側テーブル２４のいずれか一方を静電チャックとし他方を粘着材とすることが基準となる平坦部を持ち、テーブル間を平行に組立てることが容易となり、よって上下の基板を均一に貼り合せることが可能となるという点で好ましい。なお、本実施形態では負圧による吸引吸着をする構成と静電力による静電吸着の両方を兼用できるように構成してある。
【００２６】
減圧チャンバ内の減圧は、上チャンバに設けた排気口４５を通して真空バルブ、およびドライポンプあるいはターボ分子ポンプの真空ポンプに接続して行なう。またチャンバ内の大気ベントは、これも図示していない上下いずれかのチャンバに設けたバルブを通して窒素などの不活性ガス、あるいは大気を導入して行なう。大気ベントはチャンバへの水分の付着を少なくし、チャンバ内を減圧するための時間を短縮する意味から、水分子の含有量が少ない窒素などの不活性ガスが好ましい。
【００２７】
また下チャンバには、真空室（空洞部）４６が設けてあり、この部屋を配する排気配管４７の図示していない真空ポンプに至る途中に、減圧度合いを調整する調整弁４８が設けてある。また、真空室内の大気ベントはチャンバと同じ圧力で大気圧に戻るように制御される。
【００２８】
次に、本発明になる基板組立て装置により、液晶パネルを貼り合わせる動作について説明する。
【００２９】
まず、接着剤を枠状に液晶パネルの外周を囲むブラックマトリクス上あるいはこの近辺に塗布した上側基板を、接着剤を塗布した面が下側となるように反転した状態で配置し、ロボットの下側に位置する一方のロボットアーム上に、また表面に予め液晶を塗布した下側基板を液晶の滴下面が上側になるように配置した状態で上側に位置するロボットの他方のアーム上に搭載する。このように２枚の基板を上下のアーム上に搭載した状態でロボットが基板組立て装置の前に移動する。基板組立て装置は、制御装置の指令により上チャンバＴ２のドアバルブ１６を開け、ロボットは下側ロボットアーム上にある反転した上側基板をチャンバ内に挿入する。
【００３０】
上基板が挿入されると制御装置の指令により上側テーブル２を下降し、負圧による吸引吸着により上側テーブル２の下に反転した上側基板を吸着保持する。ロボットアーム先端を延ばした際のたわみが大きく吸引吸着が困難な場合には、ロボットアームの先端をチャンバ内の、基板昇降機構を構成する回転昇降ピンを用いて下側から突き上げ支える。下側ロボットアームは一旦チャンバ内から後退し、この後退を待って基板組立て装置の制御装置は、下側テーブル２４上にある既に貼り合せの終わった液晶パネルを基板昇降機構に制御指令を出して上方に持ち上げる。ロボットは下側ロボットアームを再びチャンバ内の液晶パネル下側に挿入し、ハンドを上方に持ち上げた後、これを後退させることにより液晶パネルをチャンバ内から外部に取り出す。その後、制御装置の指令で基板昇降機構が下降する。
【００３１】
次に、ロボットは上側のロボットアーム上にある予め液晶を塗布した下側基板を、チャンバ内に挿入する。チャンバ内に下基板が挿入されると基板昇降機構を上昇し、下側基板を持ち上げロボットアームの後退を待って下側基板を下側テーブル２４の上に設置、下側基板を負圧により吸引吸着する。
【００３２】
次に、上側基板の基板マーク位置をカメラの鏡筒２１を垂直方向の移動軸ＣＺを下降して測定し、水平方向移動軸ＣＸ、ＣＹを用いて上側基板のマーク中心位置とカメラの鏡筒２１の中心が一致する位置に移動する。続いて、上側テーブル２を下降し、上側基板と下側基板のマーク位置のずれをカメラの鏡筒２１により測定する。その後、下チャンバ部Ｔ１をθ軸駆動モータ２６と、Ｙ軸駆動モータ２９と、Ｘ軸駆動モータ３０とを駆動してＸＹθ方向に水平移動して、下基板と上基板とのアライメントマークの粗位置決めを行なう。この時、本実施形態ではシールリング２５と上チャンバＴ２をすべらせて粗位置決めを行っているが、ボールベア３４を図示していない微小高さ昇降機構で持ち上げ、上チャンバ側に設けてあるアジャスト機構つきの受け座３５と一緒に上チャンバＴ２を上昇し、シールリング２５と上チャンバＴ２が微小接触するか接触しない位置に持ち上げて粗位置決めをおこない、その後下降させてもよい。
【００３３】
次に、上下のテーブルが静電チャックによる基板吸着を用いている場合には、静電チャックに電圧を印加し、基板の吸着を行なう。この状態で、ドアバルブ１６を閉じ真空ポンプを用いチャンバ内の空気、および下チャンバに設けた空洞部の空気を排気する。排気中は上下基板間のガスが排気されやすいように上側テーブル２を上昇しておく。チャンバ内が一定の減圧状態になった後、再び上側テーブル２を下降し、上下の基板間の位置ずれを測定し、下チャンバＴ１をモータ２６、モータ２９、モータ３０を駆動することによりＸＹθ方向に水平移動して、下基板と、上基板のアライメントマークの微位置決めを行なう。このように、上チャンバＴ２が下チャンバＴ１に契合した状態で下チャンバをＸＹθ方向に微小移動させる場合はＯリングに弾性変形や微小すべりを発生させて行う。
【００３４】
微位置決め終了後、ロードセル２２の値を測定しながら、さらに上側テーブル２を下降し、基板の加圧・貼合せを行なう。加圧力が接着剤を潰す所定の値に到達した後、加圧を終了し、加圧・ＵＶ照射機構４０により、基板の仮止め位置に予め塗布された仮止め用のＵＶ接着剤を、加圧しながらＵＶ光を照射、基板の位置がずれないよう仮止めを行なう。
【００３５】
仮止めが終了した後、ＵＶ照射機構４０を上昇する。上側テーブル２が静電チャックによる減圧状態での吸着を利用している場合には、電圧を切断し、図示していないイオナイザを用いて除電する。除電時間分待機した後上側テーブル２を上昇する。除電時間の短縮を図るために電源供給線に切換えスイッチでアースに落とすことも可能である。上側テーブル２が粘着を利用している場合には、複数のピンにより上側基板を機械的に下側の基板に押し付、ピンを下側に押し付けた状態で上側テーブル２のみを上昇することにより上側の基板の保持を中断する。
【００３６】
この後、チャンバに設けたバルブを通して窒素などの不活性ガス、あるいは大気をチャンバおよび下チャンバの空洞部内に導入し大気に開放する。続いてドアバルブ１６を開放し、基板の搬入および搬出を行なう。
【００３７】
基板組立て装置のチャンバ内について、クリーニング等のメンテナンスを行なう場合には、上チャンバ部Ｔ２に取り付けた移動脚１５の駆動機構１４を用いてＺ軸方向に持ち上げる。これにより、チャンバを開放した状態で上下テーブルのメンテナンスを行なうことが可能となる。
【００３８】
以上のように、本発明では基板組立て時には、上下チャンバを一体化した状態で一連の作業を行うが、所定量の基板貼り合せが終了し、装置のメンテナンスを行うときに上下チャンバを切り離して行う構成としているため、貼り合せの時間短縮を図れるとともに、メンテナンスの時間短縮も図ることができる。
【００３９】
次に本発明の他の実施の形態を図３を用いて説明する。図３は基板組立装置の真空チャンバ部の構成を示したものである。図において図１と同じ部位は同じ符号を付けてある。
【００４０】
図３において図１と異なる点は、図１では下チャンバＴ１に空洞部を設けた構成としたが、本実施形態では下側テーブル２４と下チャンバＴ１間に空洞部（真空室）４６を設けた点である。このため下側テーブル２４の外周側の端部近傍に下チャンバＴ１に固定するためのテーブル形状に合わせた環状の弾性部材からなる真空シール５５を設けている。この真空シール５５は、前後左右方向には剛性が大きく上下方向は剛性の小さな形状または材質で形成されている。このため、もし基板に厚み方向の誤差がある場合、加圧力が加わったときにこの厚みの差を吸収し均一に加圧することが可能となる。
【００４１】
以上、本発明ではチャンバに空洞部を設けるか、あるいはテーブルとチャンバ間に空洞ができるようにテーブルとチャンバ間を弾性体の真空シールを介して保持し、チャンバ内を減圧すると同時に前記空洞部も減圧することで、真空チャンバ内を減圧することで発生するチャンバの変形がテーブルに伝達することを防止できる。
【００４２】
【発明の効果】
前述の様に、本発明では真空チャンバ内で２枚の基板をはりわせる装置において、真空チャンバを減圧したときに発生するチャンバの変形が、基板を保持するテーブルに伝達しない構成としたため、基板を正確に位置決めできると共に、貼り合せ時に基板極所的な応力の発生を防止でき、高精度の基板の組立を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板組立装置の一実施形態の全体構成図である。
【図２】チャンバに設けた空洞部の減圧特性を示した図である。
【図３】本発明の基板組立装置の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１…架台、２…上側テーブル、３…支持脚、４…補助支持脚、５…Ｏリング、６…ベローズ、７…加圧ベース版、８…中間ベース板、９…天井フレーム、１０…モータ、Ｔ１…下チャンバ、Ｔ２…上チャンバ、２４…下側テーブル、４６…空洞部、４８…調圧弁。

Claims

上チャンバと、下チャンバとを合体して真空チャンバを形成し、上基板を保持する加圧板を上チャンバとは独立して上下に可動するように上チャンバ内に設け、下基板を保持する基板保持テーブルを前記下チャンバ内に固定し、前記下チャンバをチャンバの外側に設けた駆動機構により水平方向に移動して前記上基板に対して下基板を位置決めする構成の基板組立装置において、
前記下チャンバの前記下側テーブルの領域に空洞部を設けると共に、前記空洞部を減圧する排気管と、前記排気管に前記チャンバ室の減圧速度と空洞部の減圧速度を同じになるように調整する調圧弁を設けた構成とした基板組立装置。
上チャンバと、下チャンバとを合体して真空チャンバを形成し、上基板を保持する加圧板を上チャンバとは独立して上下に可動するように上チャンバ内に設け、下基板を保持する基板保持テーブルを前記下チャンバ内に固定し、前記下チャンバをチャンバの外側に設けた駆動機構により水平方向に移動して前記上基板に対して下基板を位置決めする構成の基板組立装置において、
前記下チャンバと前記下側テーブルとの間に空洞部を設け、前記下側テーブルの周囲を真空シールを介して下チャンバに固定すると共に、前記空洞部を減圧する排気管と、前記排気管に前記チャンバ室の減圧速度と空洞部の減圧速度を同じになるように調整する調圧弁を設けた構成とした基板組立装置。
請求項１または２記載の基板組立装置において、
前記上チャンバに貼り合せる基板の出し入れを行うためのドアバルブを設けたことを特徴とする基板組立装置。
請求項１または２記載の基板組立装置において、
前記上チャンバを上下に移動させるための駆動機構を前記上チャンバの外側に設けた構成の基板組立装置。
請求項１または２記載の基板組立装置において、
前記加圧板の外周部に複数の突出部を設け、前記上チャンバに設けたサブガイドからセンタ軸を延伸し、前記突出部に契合させて、前記サブガイドを調整することで加圧板の水平方向の剛性を向上できる構成としたことを特徴とする基板組立装置。
上下に分割可能な真空チンャバ内で上基板を上チャンバ側に設けた加圧板に保持し、下基板を下チャンバに固定したテーブルに保持して、両基板の位置合わせをした後に、真空チャンバ内を減圧して、両基板を貼り合せる基板組立方法において、
前記下チャンバの前記テーブルを固定している領域部に真空室を設け、前記チャンバ内を減圧する過程で、前記真空室と前記チャンバ内の減圧速度が同じになるようにすることを特徴とする基板組立方法。